Вопрос школьника
При обработке смеси меди и железа концентрированной азотной кислотой выделилось 4,48 л газа, а при действии на ту же смесь соляной кислоты – 2,24 л. Определите массовые доли меди и железа в смеси
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон пропорций Лавуазье-Лапласа, который гласит, что при химической реакции объемы газов, участвующих в реакции, пропорциональны их молярным количествам.
Обозначим массовые доли меди и железа в смеси соответственно как x и (1-x). Тогда можно записать уравнения реакций, происходящих при действии азотной и соляной кислот на смесь:
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Fe + 6HNO3 → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Cu + 2HCl → CuCl2 + H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Из уравнений видно, что при обработке смеси азотной кислотой выделяется в два раза больше газа, чем при действии соляной кислоты. Это означает, что в реакции с азотной кислотой участвует в два раза больше меди, чем в реакции с соляной кислотой.
Используя закон пропорций Лавуазье-Лапласа, можно записать:
V(N2O4)/V(NO2) = n(Cu)/n(NO2) = 2n(Fe)/3n(NO2)
где V(N2O4) и V(NO2) – объемы газов, выделившихся при действии азотной кислоты, n(Cu) и n(Fe) – молярные количества меди и железа в смеси, участвующие в реакции, n(NO2) – молярное количество выделившегося газа NO2.
Подставляя известные значения, получаем:
4,48/2,24 = 2n(Cu)/n(NO2)
n(Cu)/n(Fe) = 2/3
Таким образом, массовая доля меди в смеси равна:
x = 2/(2+3) = 0,4
Массовая доля железа равна:
1-x = 0,6
Ответ: массовая доля меди в смеси составляет 40%, массовая доля железа – 60%.
